CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ. Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô. Vào cuối thế kỉ 19, một kỹ sư người Pháp đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí. Sau đó một thời gian, người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng điều này không đạt được hiệu quả cao nên không đượcthực hiện.
Đến năm 1887 người Mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc triển khai hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dụng trên động cơ tỉnh tại. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng trên động cơ 4 kỳ tỉnh tại, với sự đóng góp này đã đưa ra một công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Từ đó trở đi, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các loại ô tô ở Đức và nó đã thay dần động cơ sử dụng bộ chế hòa khí. Công ty Bosch đã áp dụng hệ thống phun xăng trên mô tô 2 kỳ , bằng cách cung cấp nhiên liệu dưới áp lực cao.
Hãng Bosch đã sử dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chế tạo cao và hiệu quả lại thấp. Với kỹ thuật này nó được sử dụng trong thế chiến thứ hai một cách có hiệu quả. Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong 1 khoảng thời gian dài. Đến năm 1962, người Pháp triển khai nó trên ô tô Peugoet 404.
Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu quả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt được. Đến năm 1966, người Đức đã đưa thế giới tiến bộ bằng kỹ thuật áp dụng trong điều khiển. Năm 1973, các kĩ sư người Đức đã đưa ra hệ thống phun xăng kiểu cơ khí gọi là K-Jetronic. Loại này được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên hãng xe Mercedes.
Vào năm 1981 hệ thống K-Jetronic được cải tiến thành KE-Jetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các xe của hãng Mercedes. Dù đã có nhiều thành công lớn khi ứng dụng hệ thống K-Jectronic và KE-Jectronic trên ô tô nhưng các kiểu này có khuyết điểm là khó bảo dưỡng sửa chữa và giá thành chế tạo rất cao. Do vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu và đưa ra các loại khác nhau như L-Jectronic, Mono- Jectronic và Motronic. Người Mỹ đã theo người Đức cho chế tạo K-Jectronic dùng trên các xe của hãng GM, Chrysler.
Ngoài ra họ còn ứng dụng hệ thống L-jectronic, Mono- Jectronic và Motronic trên các xe Cadilac. Đến năm 1984, người Nhật mới ứng dụng hệ thống phun xăng trên các xe của hãng Toyota. Sau đó, các hãng như Nissan của Nhật cũng ứng dụng kiểu L-Jectronic thay cho bộ chế hòa khí. Sau này với sự tiến bộ của Trang 7 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Khoa GVHD : Th.S Dương Minh Thái khoa học kĩ thuật thì một số ô tô con được trang bị hệ thống phun xăng GDI thay thế cho hệ thống phun xăng điện tử EFI.1: Hệ thống phun xăng điện tử EFI Hệ thống phun xăng đã được phát minh từ lâu, nhưng vào thời kỳ đó công nghệ chế tạo còn rất kém, nên nó không được sử dụng trong thực tế.
Ngày nay nhờ vào các thành tựu về kinh tế, kỹ thuật đã giúp cho các hãng chế tạo hoàn thiện và phát triển hệ thống phun xăng. Với hệ thống phun xăng, nhiên liệu được phun vào đường ống nạp bên cạnh xuppap nạp bằng các bộ phận bằng cơ khí hay điện tử, chứ không nhờ vào sức hút của dòng khí như ở các động cơ dùng bộ chế hòa khí. Khi nhiên liệu phun vào, nó sẽ đuợc hòa trộn với không khí để tạo thành hỗn hợp có tỉ lệ không khí và nhiên liệu là tối ưu. Sau khi hòa trộn, hỗn hợp được hút vào xy lanh của động cơ khi xuppap nạp mở.
Trong hệ thống phun xăng, nhiên liệu được phun vào với một áp suất nhất định. Áp suất này phải đảm bảo cho sự hình thành hỗn hợp để quá trình cháy xảy ra là tốt nhất. Nhờ hệ thống phun xăng, các nhà chế tạo nâng được công suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giải quyết phần lớn về vấn đề độc hại của khí thải. Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử EFI.
Phân loại theo phương pháp xác định lượng khí nạp. Trang 8 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Khoa GVHD : Th.S Dương Minh Thái Theo phương pháp xác định lượng khí nạp, có thể chia EFI thành 2 loại như sau: L – EFI : sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp để xác định lượng khí chạy vào đường ống nạp, có thể xác định trực tiếp khối lượng khí nạp hoặc thông qua thể tích khí nạp, cảm biến này được đặt trước cánh bướm ga. D – EFI : Sử dụng cảm biến đo áp suất chân không trong đường ống nạp (MAP sensor) để phát hiện lượng khí chạy vào đường ống nạp, cảm biến này được đặt sau cánh bướm ga. Hệ thống L – EFI và D – EFI 2.
Phân loại theo số điểm phun. Theo số điểm phun ta cũng có hai loại như sau: Hệ thống phun đơn điểm TBI (Throttle Body Injection) : còn gọi là SPI (Single Point Injection), CFI (Central Fuel Injection) hay Mono – Jetronic, đây là loại kim phun đặt ở cổ ống góp hút chung Cho toàn bộ các xi lanh của động cơ, bên trên bướm ga. Hệ thống phun đa điểm MPI (Multi Fuel Injection) : Mỗi xylanh được bố trí một vòi phun lắp phía trước xupap nạp, nhờ vậy đường đi của hòa khí ngắn, làm giảm thiểu khả năng thất thoát trên đường ống nạp. Phân loại theo phương pháp phun.
Trang 9 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Khoa GVHD : Th.S Dương Minh Thái Ta có 3 phương pháp sau đây: Hình 1. Phun độc lập sau 2 vòng quay trục khuỷu Phun độc lập (Independent Injection): Nhiên liệu được phun độc lập cho từng xylanh ngay trước kì nạp, như vậy trong 2 vòng quay của trục khuỷu thì mỗi xylanh đều được phun một lần. Phun theo nhóm (Group Injection) : Sau 2 vòng quay trục khuỷu thì nhiên liệu được phun cho mỗi nhóm xylanh một lần. Động Toyota 5S-FE dùng phương pháp này với 2 nhóm phun là nhóm máy 1&3 và nhóm máy 2&4.
Phun theo nhóm sau 2 vòng quay trục khuỷu Phun đồng loạt (Simultaneus Injection) : Nhiên liệu được phun đồng loạt cho tất cả các xylanh sau mỗi vòng quay trục khuỷu, như vậy sau hai vòng quay trục khuỷu lượng nhiên liệu cần thiết để đốt cháy được phun làm hai lần. Phun đồng loạt sau 2 vòng quay trục khuỷu 2. Phân loại theo kỹ thuật điều khiển. Theo cách này, người ta chia hệ thống EFI làm hai loại: Điều khiển dựa trên các mạch tương tự (Analog) Điều khiển dựa trên nền tảng kỹ thuật số (Digital) Trang 10 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Khoa GVHD : Th.S Dương Minh Thái 2.
Các kết cấu cơ bản của hệ thống phun xăng điện tử. Các cảm biến cho tín hiệu ngõ vào. Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến để phát hiện tình trạng làm việc của động cơ và xe, tín hiệu từ các cảm biến này được truyền về ECU sau đó được ECU xử lý đưa ra tín hiệu điều khiển các cơ cấu. Dưới đây là các cảm biến cơ bản được sử dụng trên hệ thống EFI: Cảm biến đo gió : có thể xác định trực tiếp khối lượng (kiểu dây nhiệt) hay gián tiếp qua điện áp (kiểu trượt), qua thể tích khí nạp (kiểu Karman quang, Karma siêu âm) hoặc thông qua việc xác định áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp bằng cảm biến MAP (MAP-Maniford Absolute Pressure).
Bộ tín hiệu G, Ne : Được kết hợp để xác định góc quay chuẩn của trục khuỷu và tốc độ của động cơ. Cảm biến vị trí bướm ga : phát hiện góc mở của bướm ga. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát : phát hện nhiệt độ của nước làm mát. Cảm biến nhiệt độ khí nạp : phát hiện nhiệt độ của khí nạp.
Cảm biến Oxy : phát hiện nồng độ Oxy có trong khí thải. Cảm biến kích nổ : phát hiện nguy cơ kích nổ của động cơ để kịp thời giảm góc đánh lửa sớm. Khối điều khiển điện tử (ECU). ECU ô tô viết tắt của cụm từ Electronic Control Unit, là bộ tổ hợp vi mạch điện tử được trang bị trên xe hơi với nhiệm vụ nhận biết, phân tích tín hiệu để điều khiển và chi phối toàn bộ hoạt động của động cơ.
Cơ cấu điều khiển bao gồm: các ngõ vào với tín hiệu chủ yếu từ các cảm biến; ECU (bộ điều khiển điện tử) là bộ não của hệ thống; Đầu ra (outputs) là tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành như kim phun, cuộn dây, van điều khiển chạy không tải, v. Trang 11 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Khoa GVHD : Th.S Dương Minh Thái ECU được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm. Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in, trên đó có ghi chú kí hiệu các chân và các linh kiện của mạch. ECU liên kết với hệ thống điện, các cảm biến và cơ cấu chấp hành qua các giắc ghim.
TÍN HIỆU VÀO BỘ PHẬN CHẤP HÀNH E Tín hiệu G, Ne Lưu lượng gió (MAP) Hệ thống nhiên liệu Nhiệt độ nước làm mát Nhiệt độ khí nạp C Hệ thống đánh lửa Vị trí bướm ga Điều khiển cầm chừng U Tín hiệu khởi động Cảm biến oxy Hệ thống chẩn đoán Điện áp accu Các cảm biến khác Hình 1. Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển 2. Cấu tạo của ECU. a) Các kiểu bộ nhớ được sử dụng trong ECU Bộ nhớ trong ECU được chia làm 4 loại như sau: Trang 12 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Khoa GVHD : Th.S Dương Minh Thái ROM (Read Only Memory) : Bộ nhớ dự trữ thông tin thường trực, chỉ đọc được thông tin cài sẵn của nhà sản xuất chứ không ghi được thêm thông tin, ROM được dùng để cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý.
RAM (random access memory) : Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ. Ram có hai loại: Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp. Loại RAM không xóa được: vẫn duy trì bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cung cấp cho xe.
RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùng cho hệ thống tự chuẩn đoán.